Резисторные оптопары

В таких оптопарах фотоприемником служат полупроводниковые резисторы на основе селенистого кадмия (CdSe), сернистого кадмия (CdS) или их соединений, сопротивление которых уменьшается при воздействии излучения из-за эффекта фотопроводимости.

На рис. 3.3 представлены спектральные характеристики некоторых фотопроводящих материалов и излучателей. Из них видно, что фоторезисторы на основе CdSe и CdS отлично согласуются по спектру с GaP- светодиодами с зеленым или красным свечением и хорошо с лампочкой накаливания.

Рис. 3.3

Фоторезисторы, светочувствительные элементы которых изготовлены из соединений HgSe, реагируют на инфракрасное излучение и в этом случае используется GaAs-излучатель. В таких оптопарах достигается самое высокое быстродействие.

Размеры фоторезистора ограничены диаграммой направленности и размерами источника излучения. Типичная конструкция фоторезистора оптопары представляет собой полупроводниковую пластину с двумя омическими контактами. Для фоторезистора, выполненного в форме параллелепипеда, темновое сопротивление и сопротивление в засвеченном состоянии можно определить как:

;

,

где l, a, d – соответственно длина, ширина и толщина пленки фоторезистора в см; – эффективная подвижность носителей; – эффективное время жизни носителей в сек.; – квантовый выход; – мощность падающего излучения в мВт/см²; – длина волны излучения в мкм.

Так как проводимость фоторезистора пропорциональна мощности излучателя, то изменением тока через излучатель можно управлять проводимостью фоторезистора. Причем свойства фоторезистора не зависят от полярности приложенного напряжения, что позволяет включать его в цепь как постоянного , так и переменного токов.

Входная ВАХ резисторной оптопары с диодным излучателем представляет собой обычную экспоненциальную характеристику p-n перехода, а входная ВАХ оптопары с лампочкой накаливания является характеристикой вольфрамовой нити накала.

Передаточная характеристика резисторной оптопары определяется зависимостью сопротивления фоторезистора от входного тока (рис. 3.4).

Рис. 3.4

Эта характеристика оказывается нелинейной, причем широкий диапазон изменения сопротивления наблюдается для довольно узкого интервала входных токов. Величина темнового сопротивления фоторезистора и его сопротивление в засвеченном состоянии определяются свойствами полупроводникового материала и связаны между собой. Технологические меры, направленные на снижение , обычно ведут к уменьшению , поэтому практически .

При фиксированной величине входного тока оптопары, т.е. при постоянном уровне облученности, фоторезистор ведет себя как обычное сопротивление. Поэтому его выходная характеристика при симметрична относительно начала координат и отличается хорошей линейностью в области малых токов.

Рис. 3.5

Относительно большое значение приводит к саморазогреву, вследствие чего при выходных токах в несколько мА наблюдается отклонение ВАХ от линейной зависимости.

Резисторные оптопары отличаются высокой инерционностью. Только некоторые из них могут работать на частотах до 1000 Гц, в остальных случаях частотный диапазон ограничен десятками - сотнями Гц. Это связано с тем, что для увеличения быстродействия фоторезисторов необходимо использовать материалы с малым значением , которые, как правило, обладают низкой чувствительностью и высоким значением .

Параметры резисторных оптопар в сильной степени зависят от температуры (рис. 3.6), причем с увеличением температуры растет (1,5 %/град), что связано с уменьшением подвижности носителей в материале, а резко падает, что определяется увеличением концентрации носителей в полупроводниковом материале.

Рис. 3.6

При этом диапазон изменения R_T/R_CB сокращается с обеих сторон и при t = 60…70⁰С может уменьшиться до значения 10²…10³. С увеличением температуры инерционность оптопары снижается, что определяется температурной зависимостью .